PL219066B1 - Sposób wytwarzania estrów kwasów karboksylowych oraz zastosowanie mieszaniny enzymów w tym sposobie - Google Patents
Sposób wytwarzania estrów kwasów karboksylowych oraz zastosowanie mieszaniny enzymów w tym sposobieInfo
- Publication number
- PL219066B1 PL219066B1 PL394722A PL39472211A PL219066B1 PL 219066 B1 PL219066 B1 PL 219066B1 PL 394722 A PL394722 A PL 394722A PL 39472211 A PL39472211 A PL 39472211A PL 219066 B1 PL219066 B1 PL 219066B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- lipase
- formula
- enzyme
- reaction
- group
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title claims abstract description 52
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 5
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 title description 5
- 125000005910 alkyl carbonate group Chemical group 0.000 title 1
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 claims abstract description 33
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 claims abstract description 33
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 claims abstract description 33
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 239000004365 Protease Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 125000000008 (C1-C10) alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 125000000923 (C1-C30) alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims abstract description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 4
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 claims abstract description 3
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 claims abstract description 3
- LMBFAGIMSUYTBN-MPZNNTNKSA-N teixobactin Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@H]1C(N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](C[C@@H]2NC(=N)NC2)C(=O)N[C@H](C(=O)O[C@H]1C)[C@@H](C)CC)=O)NC)C1=CC=CC=C1 LMBFAGIMSUYTBN-MPZNNTNKSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims description 40
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 30
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 16
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 12
- 241000981399 Aspergillus melleus Species 0.000 claims description 11
- 241000209140 Triticum Species 0.000 claims description 11
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 claims description 11
- 108010003977 aminoacylase I Proteins 0.000 claims description 11
- 108090000526 Papain Proteins 0.000 claims description 10
- 229940055729 papain Drugs 0.000 claims description 10
- 235000019834 papain Nutrition 0.000 claims description 10
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 241001661345 Moesziomyces antarcticus Species 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- HBAQYPYDRFILMT-UHFFFAOYSA-N 8-[3-(1-cyclopropylpyrazol-4-yl)-1H-pyrazolo[4,3-d]pyrimidin-5-yl]-3-methyl-3,8-diazabicyclo[3.2.1]octan-2-one Chemical class C1(CC1)N1N=CC(=C1)C1=NNC2=C1N=C(N=C2)N1C2C(N(CC1CC2)C)=O HBAQYPYDRFILMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 3
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims description 3
- 102000004157 Hydrolases Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000604 Hydrolases Proteins 0.000 claims description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 claims description 2
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric Acid Chemical compound [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000019419 proteases Nutrition 0.000 claims description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 claims 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 abstract 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XMIIGOLPHOKFCH-UHFFFAOYSA-N 3-phenylpropionic acid Chemical compound OC(=O)CCC1=CC=CC=C1 XMIIGOLPHOKFCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- -1 aliphatic alcohols Chemical class 0.000 description 3
- 238000004440 column chromatography Methods 0.000 description 3
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 3
- 230000032050 esterification Effects 0.000 description 3
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 3
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010093096 Immobilized Enzymes Proteins 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000589540 Pseudomonas fluorescens Species 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical class [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 150000002168 ethanoic acid esters Chemical class 0.000 description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- JAGZUIGGHGTFHO-UHFFFAOYSA-N Ethyl 3-phenylpropanoate Chemical compound CCOC(=O)CCC1=CC=CC=C1 JAGZUIGGHGTFHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYHQOLUKZRVURQ-HZJYTTRNSA-N Linoleic acid Chemical compound CCCCC\C=C/C\C=C/CCCCCCCC(O)=O OYHQOLUKZRVURQ-HZJYTTRNSA-N 0.000 description 1
- 108010048733 Lipozyme Proteins 0.000 description 1
- 241001442654 Percnon planissimum Species 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- DTOSIQBPPRVQHS-PDBXOOCHSA-N alpha-linolenic acid Chemical compound CC\C=C/C\C=C/C\C=C/CCCCCCCC(O)=O DTOSIQBPPRVQHS-PDBXOOCHSA-N 0.000 description 1
- 235000020661 alpha-linolenic acid Nutrition 0.000 description 1
- FJDQFPXHSGXQBY-UHFFFAOYSA-L caesium carbonate Chemical compound [Cs+].[Cs+].[O-]C([O-])=O FJDQFPXHSGXQBY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000024 caesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000019197 fats Nutrition 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 235000020778 linoleic acid Nutrition 0.000 description 1
- OYHQOLUKZRVURQ-IXWMQOLASA-N linoleic acid Natural products CCCCC\C=C/C\C=C\CCCCCCCC(O)=O OYHQOLUKZRVURQ-IXWMQOLASA-N 0.000 description 1
- 229960004488 linolenic acid Drugs 0.000 description 1
- KQQKGWQCNNTQJW-UHFFFAOYSA-N linolenic acid Natural products CC=CCCC=CCC=CCCCCCCCC(O)=O KQQKGWQCNNTQJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FCCDDURTIIUXBY-UHFFFAOYSA-N lipoamide Chemical compound NC(=O)CCCCC1CCSS1 FCCDDURTIIUXBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005911 methyl carbonate group Chemical class 0.000 description 1
- 238000006454 non catalyzed reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Sposób wytwarzania związków o wzorze 1, w którym R1 oznacza prostą lub rozgałęzioną grupę C1-C10 alkilową, benzylową a R2, R3, oznaczają niezależnie od siebie atom wodoru, podstawioną lub nie grupę hydroksylową, podstawioną lub nie grupę aminową, lub C1-C30 alkil, C1-C30 alken posiadający co najmniej jedno wiązanie podwójne, aryl, polega na tym, że związek o wzorze II, w którym R2, R3 posiadają określone powyżej znaczenie, poddaje się reakcji ze związkiem o wzorze III, w którym R1 posiada określone powyżej znaczenie, w obecności biokatalizatora, korzystnie posiadającego aktywność lipazy i/lub proteazy, korzystnie w środowisku rozpuszczalnika organicznego.
Description
Opis wynalazku
Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania estrów kwasów karboksylowych, zwłaszcza kwasu octowego, o wzorze ogólnym I, w którym R1 oznacza prostą lub rozgałęzioną grupę C1-C10 alkilową, benzylową a R2, R3, oznaczają niezależnie od siebie atom wodoru, podstawioną lub nie grupę hydroksylową, podstawioną lub nie grupę aminową, lub C1-C30 alkil, C1-C30 alken posiadający co najmniej jedno wiązanie podwójne, aryl.
W tradycyjnych metodach wytwarzania estrów kwasu octowego niezbędne jest zastosowanie pochodnych tego kwasu, takich jak bezwodniki, mieszane bezwodniki, czy też chlorki kwasowe, które w reakcji z alkoholami umożliwiają uzyskanie odpowiednich estrów [Otera J. Esterification, 2003, Wiley VCH, Weinheim]. Metody te powodują powstawanie znacznych ilości produktów ubocznych. W syntezie można także zastosować różne czynniki kondensujące, takie jak kwas siarkowy, które umożliwiają przeprowadzenie tej reakcji, ale generują znacznie ilości uciążliwych dla środowiska produktów ubocznych. Synteza enancjomerycznie czystych pochodnych kwasu octowego jest znacznie bardziej skomplikowana. W przypadku zastosowania, jako substratów pochodnych kwasu octowego posiadających różne podstawniki w pozycji alfa, które są mieszaninami racemicznymi, uzyskuje się tylko racemiczne estry. W takim przypadku można zastosować, jako substraty enancjomerycznie czyste kwasy, które są trudnodostępnymi i drogimi odczynnikami [Sigma Aldrich, CAS-7782-24-3].
Estry kwasu octowego i jego pochodnych można otrzymać w reakcji kwasu z węglanami alkoholi alifatycznych (schemat 1).
Węglany alkoholi alifatycznych są dogodnymi donorami grup alkoksylowych i były już używane, jako substraty do reakcji estryfikacji estrów. W reakcji, jako czynników kondensujących oraz katalizatorów używano: kwasu siarkowego [V. V.; Ramani, Modukuri V.; Ratnamala, A.; Rupakalpana, Vempati; Subbaraju, Gottumukkala V.; Satyanarayana, Chava; Rao, C. Someswara Organic Process Research and Development, 2009, 13. 769-773] w temperaturze 110°C, zasad, takich jak węglan cezu [Lee, Youngmin; Shimizu, Isao, Synlett, 1998, 10, str. 1063-1064], węglan potasu w temperaturze 130°C czy też [Pierce, Larry T.; Cahill, Michael M.; McCarthy, Florence O. Tetrahedron, 2010, 66, str. 9754-9761] 1,4-diaza-bicyclo[2.2.2]octanu w temperaturze wrzenia dimetyloformamidu [Castro Pineiro, Jose Luis; Lin, Xichen; Liu, Qian; Meng, Kevin; Ren, Feng; Vesey, David R.; Zhao, Baowei, Patent: US2010/29729 A1, 2010]. Estry można także uzyskać w niekatalizowanej reakcji prowadzonej w temperaturze 300°C, ale wymaga to zastosowania bardzo wysokiego ciśnienia wynoszącego aż 9 MPa [Process for producing fatty acid alkyl esters by treating oil and fat with dialkyl carbonate Saka, Shiro and Zul Ilham, Bin Zulkiflee Lubes Jpn. Kokai Tokkyo Koho, 2010037239, 18 Feb 2010].
Interesującym wariantem reakcji syntezy estrów kwasu octowego z kwasu są reakcje katalizowane przez enzymy. Zastosowanie enzymów, jako biokatalizatorów reakcji estryfikacji kwasów karboksylowych jest dobrze udokumentowane w literaturze [Van der Deen H., Cuiper A. D., Hof R. P., van Oeveren A., Feringa B. L., Kellogg R. M. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 3801]. Katalizowane przez enzymy reakcje tworzenia estrów z kwasów karboksylowych są procesami kilkuetapowymi. Zgodnie z powszechnie akceptowanym mechanizmem reakcji, pierwszy etap polega na utworzeniu produktu pośredniego, którym jest acylowany enzym Enz-OOCR. Jeżeli substratem jest racemiczny kwas RCOOH, możliwa jest reakcja enzymu tylko z jednym z enancjomerów substratu. Utworzony produkt pośredni w kolejnej reakcji z alkoholem R1-OH daje produkt, który jest estrem kwasu RCOOR1 oraz odtwarzany jest wolny enzym.
Cykl katalityczny jest zamykany, ale, niestety, wszystkie etapy tego procesu są reakcjami odwracalnymi. Obniża to znacznie wydajność całego procesu. Reakcje takie prowadzone są w rozpuszczalnikach organicznych z zastosowaniem alkoholi, jako donorów grup alkoksylowych [Da Graca Nascimento M., Rezende M. C, Vecchia R. D., De Jesus P. C., Aguiar L. M. Z. Tetrahedron Lett., 1992,
PL 219 066 B1
33, 5891]. Poważnym ograniczeniem tych metod jest problem związany z usuwaniem wody ze środowiska reakcji. Zastosowanie węglanów alkoholi, jako donorów grup alkoksylowych umożliwia przesunięcie równowagi reakcji w kierunku tworzenia produktu. W pierwszym etapie procesu, w odwracalnej reakcji kwasu z centrum aktywnym enzymu tworzy się acylowany enzym oraz cząsteczka wody. W kolejnym etapie procesu węglan alkoholu alifatycznego (R1O)2CO, jest donorem grupy alkoksylowej, co prowadzi do utworzenia estru oraz węglanu alkoholu. Ten ostatni związek rozpada się szybko do alkoholu (R1OH) oraz dwutlenku węgla, co staje się dodatkową siłą napędową całego procesu (Schemat 2).
Zastosowanie jako biokatalizatora w powyższej reakcji Lipozyme'u, który jest komercyjnie dostępną lipazą z Candida antarctica immobilizowaną na żywicy akrylowej, umożliwia przeprowadzenie analogicznej reakcji na kwasie oleinowym [Pioch D., Lozano, P., Grille J., Biotechnology Letters, 1991, 13, 633-636]. Niestety, wysoka selektywność substratowa tego enzymu wyklucza zastosowanie innych kwasów, jako substratów do tej reakcji.
Istotnym problemem jest więc, zaproponowanie nowych metod syntezy estrów kwasów karboksylowych, w których produkty reakcji uzyskiwane są z wysokimi wydajnościami, w łagodnych warunkach i spełniających wymagania narzucane przez zasady zielonej chemii [Anastas P. T., Warner J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, 1998, Oxford University Press, Oxford].
Celem wynalazku jest zapewnienie alternatywnego sposobu wytwarzania estrów achiralnych i chiralnych, nieracemicznych estrów pochodnych kwasu octowego.
Cel ten został osiągnięty dzięki opracowaniu sposobu według wynalazku.
Nieoczekiwanie ustalono, że dzięki sposobowi według wynalazku możliwe jest uzyskanie znacznie większych wydajności reakcji estryfikacji. Jest to bardzo korzystne, w sytuacji, gdy zastosowanie do reakcji jedynie pojedynczych enzymów nie pozwala na uzyskanie produktu z wydajnością wyższą niż 1%. Zgodnie z wynalazkiem, dopiero jednoczesne zastosowanie kombinacji pięciu enzymów:
papainy, acylazy I z Aspergillus melleus, lipazy z kiełków pszenicy, lipazy Amano z Pseudomonas ® fluorescens, Novozym® 435, katalizujących przebieg reakcji, umożliwia uzyskanie produktu z wydajnością 96%.
Przedmiotem wynalazku jest zatem sposób wytwarzania estrów kwasów karboksylowych, zwłaszcza kwasu octowego, o wzorze ogólnym I,
R2 w którym R1 oznacza prostą lub rozgałęzioną grupę C1-C10 alkilową, benzylową a R2, R3, oznaczają niezależnie od siebie atom wodoru, grupę hydroksylową, grupę aminową, lub C1-C30 alkil, C1-C30 alken posiadający co najmniej jedno wiązanie podwójne, aryl, charakteryzujący się tym, że związek o wzorze II
R2 w którym R2, R3 posiadają określone powyżej znaczenie, poddaje się reakcji ze związkiem o wzorze III
PL 219 066 B1 w którym R1 posiada określone powyżej znaczenie, w obecności biokatalizatora stanowiącego mieszaninę enzymatyczną natywnych i/lub immobilizowanych enzymów, zawierającą enzym wybrany z grupy obejmującej hydrolazy pochodzenia mikrobiologicznego, roślinnego lub zwierzęcego, korzystnie posiadającego aktywność lipazy i/lub proteazy, korzystnie w środowisku rozpuszczalnika organicznego.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku zawartość biokatalizatora odpowiada ilości od 1 do 100 g białka na mol substratu o powyższym wzorze II.
Sposób według wynalazku charakteryzuje się korzystnie tym, że jako biokatalizator stosuje się kompozycję enzymatyczną zawierającą enzym wybrany z grupy obejmującej: lipazę z kiełków pszenicy, acylazę I z Aspergillus melleus, papainę, rekombinowaną lipazę z Candida antarctica, Amano lipazę AK.
Korzystnie, w powyższym sposobie jako biokatalizator stosuje się kompozycję enzymatyczną zawierającą: lipazę z kiełków pszenicy, acylazę I z Aspergillus melleus, papainę, rekombinowaną lipazę z Candida antarctica, Amano lipazę AK, każdy w ilości 20% wagowych kompozycji.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, donorem grupy alkoksylowej jest węglan dialkilowy, przy czym grupa R1 wybrana jest spośród prostych lub rozgałęzionych grup alkilowych C1-C10, grupy benzylowej.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się rozpuszczalnik organiczny, korzystnie wybrany z grupy obejmującej toluen, acetonitryl, eter etylowy lub tert-butylometylowy lub ich mieszaniny.
W jednej z realizacji wynalazku, reakcję prowadzi się bez rozpuszczalnika, w nadmiarze odpowiedniego węglanu.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się temperaturę od 0 do 80 stopni, korzystnie 30-50°C.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku zastosowano ciśnienie atmosferyczne.
Zastosowanie chiralnych i racemicznych kwasów karboksylowych oraz przerwanie reakcji przed uzyskaniem konwersji 50% umożliwia uzyskanie enancjomerycznie wzbogaconych estrów oraz uzyskanie enancjomerycznie wzbogaconych kwasów.
W jednej z realizacji w sposobie według wynalazku jako substrat stosuje się achiralny kwas o powyższym wzorze II.
Korzystnie, jako substrat stosuje się chiralny, racemiczny kwas o powyższym wzorze II, natomiast po reakcji nieprzereagowany kwas jest substancją zawierającą nieidentyczne ilości enancjomerów.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku uzyskuje się enancjomerycznie wzbogacony ester o powyższym wzorze I.
Innym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie mieszaniny enzymatycznej do stosowania w reakcji według powyższego sposobu, przy czym mieszanina ta zawiera: lipazę z kiełków pszenicy, acylazę I z Aspergillus melleus, papainę, rekombinowaną lipazę z Candida antarctica, Amano lipazę AK, korzystnie ilość każdego z enzymów wynosi 20% wagowych.
Dzięki zastosowaniu sposobu według niniejszego wynalazku możliwe jest uzyskanie znacznie większych wydajności reakcji estryfikacji. W badaniach modelowych wykonanych na kwasie 3-fenylopropionowym i węglanie dietylu (Przykład 1) stwierdzono, że zastosowanie do reakcji tylko pojedynczych enzymów nie pozwala na uzyskanie produktu z wydajnością większą niż 1%. Do reakcji zastosowano wszystkie kombinacje pięciu enzymów: papainę, acylazę I z Aspergillus melleus, lipazę z kiełków psze® nicy, lipazę Amano z Pseudomonas fluorescens, Novozym® 435, które katalizowały przebieg reakcji. Enzymy można stosować w ilości 5-50% wagowych. W ujawnionym sposobie możliwe jest zastosowanie mieszaniny natywnych i immobilizowanych enzymów, niezależnie od ilości zastosowanego enzymu.
Stwierdzono, że dopiero jednoczesne zastosowanie powyższych enzymów umożliwia uzyskanie produktu z wydajnością 96%.
Poniższe przykłady ilustrują, jak można realizować sposób według wynalazku, nie ograniczając jego zakresu.
P r z y k ł a d I
Synteza estru etylowego kwasu 3-fenylopropionowego z zastosowaniem węglanu dietylu
PL 219 066 B1
Do roztworu kwasu (1 mmol; 150 mg) w toluenie (1.2 ml) wkraplano (4.2 mmol, 0.5 ml) węglanu dietylu i dodawano poszczególne enzymy zgodnie z danymi Tabeli 1 (po 5 mg). Mieszaninę reakcyjną pozostawiono na wytrząsarce w temperaturze 50°C przez 24 godziny. Następnie, rozpuszczalnik odparowywano na wyparce i produkt oczyszczano za pomocą chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym w układzie heksan/octan etylu (9:1).
Wydajności poszczególnych reakcji przedstawiono w Tabeli 1.
T a b e l a 1 Zastosowanie enzymów do estryfikacji kwasu 3-fenylopropionowego
| Lp. | Enzym | Wydajność [%] | ||||
| Papaina | Acylaza I z Aspergillus melleus | Lipaza z kiełków pszenicy | Lipaza Amano z Pseudomonas fluorescens | Novozym® 435a | ||
| 1 | + | <1 | ||||
| 2 | + | <1 | ||||
| 3 | + | <1 | ||||
| 4 | + | <1 | ||||
| 5 | + | <1 | ||||
| 6 | + | + | <1 | |||
| 7 | + | + | <1 | |||
| 8 | + | + | <5 | |||
| 9 | + | + | <5 | |||
| 10 | + | + | <1 | |||
| 11 | + | + | <1 | |||
| 12 | + | + | <5 | |||
| 13 | + | + | 14,1 | |||
| 14 | + | + | <5 | |||
| 15 | + | + | <5 | |||
| 16 | + | + | + | <1 | ||
| 17 | + | + | + | <1 | ||
| 18 | + | + | + | 50 | ||
| 19 | + | + | + | <1 | ||
| 20 | + | + | + | 13 | ||
| 21 | + | + | + | 9,9 | ||
| 22 | + | + | + | <1 | ||
| 23 | + | + | + | 44 | ||
| 24 | + | + | + | 42 | ||
| 25 | + | + | + | <5 | ||
| 26 | + | + | + | + | <1 | |
| 27 | + | + | + | + | 38 | |
| 28 | + | + | + | + | 66 | |
| 29 | + | + | + | + | 8 | |
| 30 | + | + | + | + | 66 | |
| 31 | + | + | + | + | + | 96 |
a) Novozym® 435 jest rekombinowaną lipazą z Candida antarctica o aktywności > 10,000 U/g
PL 219 066 B1
P r z y k ł a d II
Katalizowana enzymami synteza estrów kwasów karboksylowych z zastosowaniem węglanów etylowego i metylowego
Do roztworu kwasu (1 mmol) w toluenie (1.21 ml) wkroplono węglan dimetylowy lub dietylowy (3 eq; 3 mmol) i dodano 5 enzymów (lipaza z kiełków pszenicy, acylaza I z Aspergillus melleus, papa® ina, Novozym® 435, lipaza Amano AK). Mieszaninę ogrzewano w temperaturze 50°C przez 24 godz. Następnie, schłodzono do temperatury pokojowej, przemyto nasyconym wodorowęglanem sodu (1 ml), solanką (1 ml) i suszono bezwodnym siarczanem magnezu. Następnie, rozpuszczalnik odparowywano na wyparce i produkt oczyszczano za pomocą chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym układem heksan/octan etylu.
Otrzymane wyniki przedstawiono w Tabeli 2.
a) reakcje bez rozpuszczalnika w nadmiarze węglanu (1 ml)
PL 219 066 B1
Skład enancjomeryczny uzyskanych produktów określono metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), stosując kolumnę chiralną Chiracel OD-H i stosując jako eluent mieszaninę heksanu oraz izopropanolu (9:1; obj./obj.).
Nadmiary enancjomeryczne (e.e.) obliczano ze wzoru:
e.e. = (P-Q)/(P+Q) gdzie P i Q to ilość enancjomerów R i S.
P r z y k ł a d III
Reakcja estryfikacji kwasów tłuszczowych katalizowana mieszaniną enzymów
Do roztworu kwasu (0.5 mmol) w toluenie (1.2 ml) wkraplano (4.2 mmol, 0.5 ml) węglanu dietylu ® i dodawano 5 enzymów (lipaza z kiełków pszenicy, acylaza I z Aspergillus melleus, papaina, Novozym® 435, lipaza Amano AK), po 5 mg każdego. Mieszaninę ogrzewano w temperaturze 50°C przez 24 godz. Następnie, schłodzono do temperatury pokojowej, przemyto nasyconym wodorowęglanem sodu (1 ml), solanką (1 ml) i suszono bezwodnym siarczanem magnezu. Następnie, rozpuszczalnik odparowywano na wyparce i produkt oczyszczano za pomocą chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym układem heksan/octan etylu. W eksperymentach przeprowadzonych bez enzymu odzyskano tylko ilościowo substraty. Reakcje bez enzymów nie przebiegały.
Otrzymane wyniki przedstawiono w Tabeli 3.
T a b e l a 3 Zastosowanie enzymów do estryfikacji kwasów tłuszczowych
| Lp. | Substrat | Wyd. [%] (MeO)2CO | Wyd. [%] (EtO)2CO |
| 1 | Kwas oleinowy | 69.5 | 51.9 |
| 2 | Kwas linolowy | 65.3 | |
| 3 | Kwas linolenowy | 78.6 | 44.5 |
Zastrzeżenia patentowe
Claims (12)
1. Sposób wytwarzania związków o wzorze I
R2 w którym R1 oznacza prostą lub rozgałęzioną grupę C1-C10 alkilową, benzylową a R2, R3, oznaczają niezależnie od siebie atom wodoru, grupę hydroksylową, grupę aminową, lub C1-C30 alkil, C1-C30 alken posiadający co najmniej jedno wiązanie podwójne, aryl, znamienny tym, że związek o wzorze II
R2 w którym R2, R3 posiadają określone powyżej znaczenie, poddaje się reakcji ze związkiem o wzorze III
RL '0
1.
,R1 (III) w którym R1 posiada określone powyżej znaczenie, w obecności biokatalizatora stanowiącego mieszaninę enzymatyczną zawierającą enzym wybrany z grupy obejmującej hydrolazy pochodzenia mikrobiologicznego, roślinnego lub zwierzęcego, korzystnie posiadającego aktywność lipazy i/lub proteazy, korzystnie w środowisku rozpuszczalnika organicznego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość biokatalizatora odpowiada ilości od 1 do 100 g białka na mol substratu o wzorze II.
PL 219 066 B1
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako biokatalizator stosuje się mieszaninę enzymatyczną zawierającą enzym wybrany z grupy obejmującej: lipazę z kiełków pszenicy, acylazę I z Aspergillus melleus, papainę, rekombinowaną lipazę z Candida antarctica, Amano lipazę AK.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako biokatalizator stosuje się mieszaninę enzymatyczną zawierającą: lipazę z kiełków pszenicy, acylazę I z Aspergillus melleus, papainę, rekombinowaną lipazę z Candida antarctica, Amano lipazę AK, każdy enzym w ilości 20% wagowych kompozycji.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że donorem grupy alkoksylowej jest węglan dialkilowy, przy czym grupa R1 wybrana jest spośród prostych lub rozgałęzionych grup alkilowych C1-C10, benzylowej.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję prowadzi się w rozpuszczalniku organicznym, korzystnie wybranym z grupy obejmującej: toluen, acetonitryl, eter etylowy lub tert-butylometylowy lub ich mieszaniny.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję prowadzi się bez rozpuszczalnika, w nadmiarze odpowiedniego węglanu.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję prowadzi się w temperaturze od 0 do 80 stopni Celsjusza, korzystnie w temperaturze od 30 do 50 stopni Celsjusza.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substrat stosuje się achiralny kwas o wzorze II.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substrat stosuje się chiralny, racemiczny kwas o wzorze II, natomiast po reakcji nieprzereagowany kwas jest substancją zawierającą nieidentyczne ilości enancjomerów.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzyskuje się enancjomerycznie wzbogacony ester o wzorze I.
12. Zastosowanie mieszaniny enzymatycznej w sposobie określonym w zastrz. 1, przy czym mieszanina ta zawiera: lipazę z kiełków pszenicy, acylazę I z Aspergillus melleus, papainę, rekombinowaną lipazę z Candida antarctica, Amano lipazę AK, korzystnie ilość każdego enzymu wynosi 20% wagowych.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL394722A PL219066B1 (pl) | 2011-05-03 | 2011-05-03 | Sposób wytwarzania estrów kwasów karboksylowych oraz zastosowanie mieszaniny enzymów w tym sposobie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL394722A PL219066B1 (pl) | 2011-05-03 | 2011-05-03 | Sposób wytwarzania estrów kwasów karboksylowych oraz zastosowanie mieszaniny enzymów w tym sposobie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL394722A1 PL394722A1 (pl) | 2012-11-05 |
| PL219066B1 true PL219066B1 (pl) | 2015-03-31 |
Family
ID=47263862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL394722A PL219066B1 (pl) | 2011-05-03 | 2011-05-03 | Sposób wytwarzania estrów kwasów karboksylowych oraz zastosowanie mieszaniny enzymów w tym sposobie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL219066B1 (pl) |
-
2011
- 2011-05-03 PL PL394722A patent/PL219066B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL394722A1 (pl) | 2012-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ132286A3 (en) | Process of enzymatic preparation of optical isomers of 2-halogenpropionic acids | |
| JP3010497B2 (ja) | 光学活性α―ヒドロキシエステル類の製造方法 | |
| JPH06740B2 (ja) | 光学活性カルボン酸アミドの製造法 | |
| JP2006510364A (ja) | （ｒ）または（ｓ）体のｎ−（２，６−ジメチルフェニル）アラニンおよびその逆対掌体であるｎ−（２，６−ジメチルフェニル）アラニンエステルを、酵素を用いて調製する方法 | |
| PL219066B1 (pl) | Sposób wytwarzania estrów kwasów karboksylowych oraz zastosowanie mieszaniny enzymów w tym sposobie | |
| CA2576080A1 (en) | Method for producing the enantiomer forms of cis-configured 3-hydroxycyclohexane carboxylic acid derivatives using hydrolases | |
| US5202260A (en) | Resolution of α-tertiary carboxylic acid esters using lipase from Candida lipolytica | |
| KR20070076549A (ko) | 광학적으로 활성인 사이클로펜텐온의 제조방법 및 그로부터제조된 사이클로펜텐온 | |
| Boaz | Enzymatic desymmetrization of cis-1, 3-cyclohexanedicarboxylic acid diesters | |
| JP3819082B2 (ja) | 光学活性３−ｎ置換アミノイソ酪酸類およびその塩ならびにそれらの製造方法 | |
| JPH01231894A (ja) | 光学的に純粋なカルボン酸誘導体の製造方法 | |
| EP0512848A2 (en) | Enzymatic resolution of alpha-tertiary carboxylic acid esters | |
| Hugentobler et al. | Enantioselective bacterial hydrolysis of amido esters and diamides derived from (±)-trans-cyclopropane-1, 2-dicarboxylic acid | |
| JP2002171994A (ja) | 光学活性なテトラヒドロフラン−２−カルボン酸またはその対掌体エステルの製造方法 | |
| JP3704731B2 (ja) | 光学活性３−ヒドロキシヘキサン酸類の製造方法 | |
| CA2724734A1 (en) | Esterification process of prostaglandins and analogues thereof | |
| JP3732535B2 (ja) | 光学活性α−メチルアルカンジカルボン酸−ω−モノエステル及びその対掌体ジエステルを製造する方法 | |
| Kataoka et al. | Enzyme-Mediated Enantioselective Hydrolysis of Dicarboxylic Acid Monoesters | |
| JP2000023693A (ja) | 光学活性な２−アセチルチオ−３−フェニルプロピオン酸の製造方法 | |
| PL219067B1 (pl) | Sposób biokatalitycznego wytwarzania chiralnych, nieracemicznych kwasów (54) i estrów kwasów karboksylowych oraz zastosowanie ortoestrów kwasów aromatycznych w tym sposobie | |
| JPH06500458A (ja) | ４―ヒドロキシ―２―シクロペンテン―１―オン及び２′，２′―ジメチルプロパン―１′，３′―ジオールとのケタールのｓ（−）―及びｒ（＋）―エステルの酵素によるエナンチオ選択的合成 | |
| JP3001332B2 (ja) | 光学活性体（−）−（１ｓ，２ｓ，４ｒ）−エキソー２−ノルボルナノールの製造方法 | |
| JP2639651B2 (ja) | 光学活性カルボン酸及びその対掌体エステルの製造法 | |
| JP3970898B2 (ja) | 光学活性α−メチルアルカンジカルボン酸−ω−モノエステル及びその対掌体ジエステルを製造する方法 | |
| Yıldız et al. | Synthesis of new (R)-secondary carbinols with different structures via enzymatic resolution |